学生实验第二课时教学实录

电学实验专题

电学实验：1.描绘小灯泡的伏安特性曲线

2.改表

3.伏安法测电阻

4.测电阻率（游标卡尺、螺旋测微器的使用）

5.测电池的内阻与电动势

6.练习使用多用电表

一. 基本电路

1、滑动变阻器的分压、限流接法：

1．两种接法比较

方式

内容

两种接法电路图

RE负载R上电压≤U≤E R＋R0调节范围

EE负载R上电流≤I≤

RR＋R0调节范围

闭合S前触头b端

位置

分压式与限流式的选择标准

0≤U≤E E0≤I≤

Ra端

分压电路调节范围大

分压电路调节范围大

都是为了保护电路元件

限流接法

分压接法

对比说明

串、并联关系不同

①R滑唯一：比较R滑与Rx

确定控制电路

R滑《Rx 分压接法

R滑》Rx 限流方式

R滑≈Rx两种均可，从节能角度选限流

记忆口诀为“小分大限”比较的标准是

待测电阻

②R滑不唯一：实际要求确定控制电路R滑

实际要求：①负载两端电压变化范围大。

②负载两端电压要求从0开始变化。

③电表量程较小而电源电动势较大。

有以上3种要求都采用分压供电。

无特殊要求都采用限流供电

由上表可以看出：滑动变阻器的分压式接法中，电压和电流的调节范围很大，限流式接法较节能．

分压与限流的选择依据：

1）

题目中明确要求待测电阻两端的电压U，通过待测电阻的电流I从零开始连续可调

2）

若用限流式接法，电路中的最小电流仍大于某个串连在电路中的用电器（比如安培表）的额定电流（或最大量程），则必须用分压式接法。

3）

·待测电阻Rx与变阻器R相比过大，这时，我们可以认为如果采用限流式，变阻器电阻的改变对电路的影响十分微弱，从而起不到改变电流的作用。

·与之相反，如果待测电阻Rx与变阻器R相比过小，则应采用限流式。

有些题目中采用试触的办法来判断。如果电流表变化较大（这里的变化指的事变化率），

说明电压表分压作用明显，说明待测电阻阻值和电压表接近，说明是大电阻。反之，如果电压表变化明显，说明电流表分流作用明显，说明待测电阻是小电阻。

2．两种接法的选择

选取

原则便于调节方便性原则便于读数

经济性原则：损耗能量最小不超量程安全性原则在允许通过的最大电流以内电表、电源不接反

2、

电流表的内接与外接

归纳总结

类型

电路图

V A R测与Rx比较

条件

计算比较法

己知Rv、RA及Rx大致值时

RxRvRA

R测=

内

RURUA=RX+RA > RX

I适于测大电阻

适于测小电阻

Rx >RARv

V A 外

RR测=RxRvU

IvIRRxRvRX

总结：大内大，小外小（大电阻用内接，测量结果偏大；小电阻用外接，测量结果偏小）

原因：大电阻内接，测安培表（电阻小）的分压效果不明显，小电阻用外接，则电压表（阻值很大）的分流效果不明显

·当待测电阻RxRARV时，视Rx为大电阻，应选用内接法；当Rx＝RARV时，两种接法均可。

内接法

测量电路( 内、外接法 )选择方法有（三）

①Rx与

Rv、RA粗略比较 ②

计算比较法 Rx 与RARv

比较 ③当Rv、RA及Rx末知时，采用实验判断法：

二、选实验试材(仪表)和电路

标准：安全（这里所指的应该是用电器的最值，而不是电源与元件的）、达到要求

顺序：电源----电压表----电流表----变阻器

·电源：不超过最大即可

·电表：如果示数不超过量程的1/3，则选用较小的

·滑动变阻器：安全、确定范围是否足够，参考电路（分压与限流对其要求不同）

按题设实验要求组装电路,画出电路图,能把实物接成实验电路,精心按排操作步骤,过程中需要测?物理量,结

由于Ix与Rx对应，因此可指示被测电阻大小

欧姆表测：

测量原理: 如图所示，设电源内阻为r，电表内阻为rg，可调电阻为R 两表笔短接后,调节R使电表指针满偏，得Ig=EE= rrgR0R中接入被测电阻Rx后通过电表的电流为 Ix=小。

E由于Ix与Rx对应，因此可指示被测电阻大R中Rx

（一）、电压表的改装

（1）原理：UgIgRg很小，不能直接换刻度测电压，需要串联一个如图所示的分压电阻。

（2）分压电阻的计算：由串联电路的特点知：UIgRgIgR

UUURg1Rg1Rg

则：RIRUIgggg因为电压扩大表头量程的倍数：nU所以Rn1Rg

Ug注：相同的表头改装成的不量程的电压表串联，指针偏转角度相同。

（二）、电流表的改装

（1）原理：Ig很小，不能直接换刻度测电流，需要并联一个如图所示的分流电阻。

（2）分流电阻的计算：由并联电路的特点知IgRg(IIg)R则：RgRgI因为电流扩大表头量程的倍数：n所以R

RIn1IIIgg1IgIgRg注：相同表头改装成量程不同的电流表并联，指针偏转角度相同。

（2）伏安法测电阻

（a）描绘小灯泡的伏安特性曲线

温馨提示

1．两种接法的适用条件

(1)限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．

(2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．

2．以下三种情况必须采取分压式

①滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值；②电压要求从零变化；③实验仪器最大允许电流、电压不够，即连成限流式接法时，电压或电流超过电表量程．

注意事项

1．电流表外接法：本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．

2．滑动变阻器应采用分压式连接

本实验要作出U-I图线，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法．

3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．

误差分析

1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值．

2．测量时读数带来误差．

3．在坐标纸上描点、作图带来误差．

（b）测定金属的电阻率

注意事项

(1)先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量；

(2)电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法；

(3)电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大．

误差分析

⑵两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻：

A1 A2 V1 V2 ⑶两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻：

2．替代法：

R A1 A2 V1 V2 R

2 R A1

1 S 2

A R V1

S V 1 3、半值法（半偏法）。

半值法是上面比例法的一个特例，测电流表内阻和测电压表内阻都可以用半值法，电路图如图10-15所示。

甲图实验时先断开开关S’，闭合S，调整滑动变阻器R01（限流法连接），使电流表A满度（即指针指满刻度处）；再闭合S’，调整电阻箱R1，使电流表A的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电流表A的电阻图10-15 rA=R。（测量结果偏小）

乙图实验时先闭合开关S’及S，调整滑动变阻器R02（分压法连接），使电压表V满度；再断开S’，调整电阻箱R2，使电压表V的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电压表V的电阻rV=R。（测量结果偏大）

（3）测电池的内阻与电动势

三．测电源电动势与内阻

（1）测量电路如图

（2）测量方法

·计算方法

测两组端电压U和电流I值，然后通过以下式子求解。

E＝U1＋I1r E＝U2＋I2r ·作U——I图象方法

通过调节滑动变阻器，取得多组（U，I）值，然后在坐标中描点，连成直线

纵轴截距的含义：电动势E 横轴截距的含义：短路电流I0 斜率的含义：电阻。求解方法：r= 或用直线上任意两点求解斜率的绝对值。（一定要注意图像是否移轴，要用实际的I0 与E算，而不完全是倾斜角）

·E，r是不会在电表中显示出来的。我们用图像得到的E r是通过作图得到的

两种常见测电动势的电路

法1：（选择这种电路）

1、误差来源：伏特表分流；

2、测量值与真实值的关系：

E测

·得到E是在I=0的情况下的，但是，在这种电路中。即使电流表的示数为0，电压表中仍有电流。所以，我们只有将电压表等效为电源，才能认为电路中没有电流。

法2：

1、若安培表外接，则电流的测量值与总电流相等，而

伏特表的读数则小于路端电压。所以此时的误差来自于安培表分压。

2、测量值与真实值的关系：

E测= E真 , r测> r真

图10-23

·原理同上，但是由于r的误差过大，所以我们仍选择第一种

2. 实验步骤

（1）恰当选择实验器材，照图连好实验仪器，使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入电阻值最大的一端。

（2）闭合开关S，接通电路，记下此时电压表和电流表的示数。

（3）将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置，记下此时电压表和电流表的示数。

（4）继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置，记下各位置对应的电压表和电流表的示数。

（5）断开开关S，拆除电路。

（6）在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴，作出U—I图象，利用图象求出E、r。

3. 实验误差分析

（1）偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U—I图象时描点不很准确。

（2）系统误差：系统误差来源于未计电压表分流，近似地将电流表的示数看作干路电流。实际上电流表的示数比干路电流略小。如果由实验得到的数据作出图中实线（a）所示的图象，那么考虑到电压表的分流后，得到的U—I图象应是图中的虚线（b），由此可见，按图所示的实验电路测出的电源电动势源内电阻。

等于干路电流的真实值，时，，电说明：①外电路短路时，电流表的示数（即干路电流的测量值）所以图中（a）、（b）两图线交于短路电流处。②当路端电压（即电压表示数）为由于电流表示数小于干路电流，所以（a）、（b）两图线出现了图中所示的差异。

4. 注意事项

（1）电流表要与变阻器靠近，即电压表直接测量电源的路端电压。

（2）选用内阻适当大一些的电压表。

（3）两表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差。

（4）尽量多测几组U、I数据（一般不少于6组），且数据变化范围要大些。

（5）作U—I图象时，让尽可能多的点落在直线上，不落在直线上的点均匀分布在直线两侧。

5. 数据处理的方法

（1）本实验中，为了减小实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的U、I值，作U—I图象，所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E，图线斜率的值即为电源的内阻r，即。

（2）应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如图（甲）所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得的点及作出的图线误差较大。为此，可使纵轴不从零开始，如图（乙）所示，把纵坐标比例放大，可使结果误差小些。此时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，即为内阻r。

总结：测量电池的电动势和内阻，不管用哪种实验方法和器材，其原理都是闭合电路欧姆定律。只是测量的数据、计算或处理过程不同。

（4）练习使用多用电表

1．多用电表

(1)表盘：多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程．外形如图7－6－1所示：上半部为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程．另外，还有欧姆表的调零旋钮、指针定位螺丝和测试笔的插孔．

图7－6－1 由于多用电表的测量项目和量程比较多，而表盘的空间有限，所以并不是每个项目的量程都有专门的标度，有些标度就属于共用标度，如图中的第二行就是交、直流电流和直流电压共用的标度．

(2)挡位

如图7－6－2所示，其中1、2为电流测量端，3、4为电压测量端，5为电阻测量端，测量时，黑表笔插入“－”插孔，红表笔插入“＋”插孔，并通过转换开关接入与待测量相对应的测量端．

图7－6－2

(3)多用电表的电阻挡

电阻挡是根据闭合电路欧姆定律制成的，它的原理如图7－6－3甲、乙、丙所示．电阻R是可变电阻，也叫调零电阻．

图7－6－3